CN1912544A - 一种高精度的倾角测量装置 - Google Patents
一种高精度的倾角测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1912544A CN1912544A CN 200610053040 CN200610053040A CN1912544A CN 1912544 A CN1912544 A CN 1912544A CN 200610053040 CN200610053040 CN 200610053040 CN 200610053040 A CN200610053040 A CN 200610053040A CN 1912544 A CN1912544 A CN 1912544A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- straight
- bar
- light
- measuring device
- dip measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 43
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 30
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 24
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 24
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 24
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000004033 diameter control Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高精度的倾角测量装置，包括密封框架，所述的框架上悬挂一直杆，直杆内设有光源，直杆下端面开有一细孔，直杆下方设有电荷耦合阵列器件。本发明装置结构简单，采用的光学测量方法不受电磁、温度、环境等因素的影响，测量精确、可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及检测及仪表技术，尤其是指一种用于测量平面在任意方向相对于水平面倾斜度的高精度、高稳定性的倾角测量装置。
背景技术
倾角及水平度的测量技术广泛应用在建筑、机械加工、航空和国防等各个领域。
最传统的倾角测量装置是气泡型水平仪，采用一个装有粘滞系数较小液体的密封玻璃管，管内设有水准气泡，通过气泡偏移水准器中间位置的偏移量来测量水平度，根据肉眼观察得到大致的倾角值。
随着电子技术的发展，近来也出现了通过电容测量的方法得到气泡位置的电子倾角测量装置。
但气泡型水平仪存在着不少缺陷，特别是其所用的气泡对温度比较敏感，随着温度的变化，气泡的尺寸也会发生变化，从而导致仪器测量的误差增大。
除采用气泡作为水平度检测的方法外，也可以采用悬摆来实现水平度和倾角的检测。由于地球重力的作用，这些悬摆总是垂直向下的，通过检测被测平面和这些悬垂物体之间的角度就可以得到倾斜角。
光敏检测阵列主要包括电荷耦合阵列器件CCD(Charge CoupledDevice)和互补金属氧化物半导体光敏检测阵列CMOS(ComplimentaryMetal Oxide Semiconductor)两种。电荷耦合阵列器件是一种由一维或二维分布的金属-氧化物-半导体(MOS)的电容光敏元件组成的光学检测元件，能够存储由入射光在电荷耦合阵列器件光敏单元中激发出的光信息电荷，并能在适当相应的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自扫描，完成从光信号到电信号的转换。对于一个特定的电荷耦合阵列器件来说，其上面的某个电容光敏元件的几何分布位置是完全确定的，因而根据电荷耦合阵列器件的输出可用于确定入射光源的位置，而每一个电容光敏元件的大小可以在几微米乘几微米到几百微米乘几百微米之间，其精确度非常高。
互补金属氧化物半导体光敏检测阵列的基本原理和电荷耦合阵列器件类似，只是它采用互补金属氧化物半导体器件来作为光敏检测单元。互补金属氧化物半导体光敏检测阵列也可以精确地检测入射光的位置。
发明专利申请200410073456.7公开了一种高精度光电三维倾角测量方法及其测量仪，采用CCD组件、两个反光镜、准直物镜、放大物镜、激光器组和航空插座等构成，该装置采用倒(正)垂垂线垂直指向地心方向的原理，利用空间结构放大或光学放大位移，从而实现了倾角和倾角变化的高精度测量。该技术方案结构复杂，造价高。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、精度高、稳定性高的倾角测量装置。
一种高精度的倾角测量装置，包括密封框架，所述的框架顶面悬挂一直杆，直杆内设有光源，直杆的下端面开有一细孔，直杆下方设有光敏阵列检测器件。
所述的细孔直径为10-1000微米。
将倾角测量装置置于水平面时，所述的直杆位于光敏阵列检测器件的中心光敏元件的正上方。
所述的直杆经铰链或万向铰链悬挂于框架上。
所述的光源采用发光二极管、激光二极管、发光二极管耦合光导纤维或激光二级管耦合光导纤维。
所述的光敏阵列检测器件可采用一维或二维电荷耦合光敏检测阵列、或一维或二维互补金属氧化物半导体光敏检测阵列。
当倾角测量装置置于水平面时，直杆位于光敏阵列检测器件中心光敏元件的正上方，使得从直杆下端细孔中射出的光束正好落在中心光敏元件上，从而触发该处光敏元件有信号输出，而其他地方的光敏元件是没有信号输出的。
当倾角测量装置被置于与水平面有一倾角的被测平面上时，由于直杆的自由下垂，从直杆小孔中射出的光线会偏离光敏检测阵列器件的中心光敏元件，而射向旁边的光敏元件。
由于光敏检测阵列器件中每一个光敏元件的位置都是预先已知的，因而只要检查一下光敏检测阵列器件中哪些光敏元件有信号输出，就可以很容易知道由于被测面的倾角所造成的偏移距离l，同时事先测得光敏检测阵列器件到直杆悬垂点的距离d，可以根据公式1计算出被测平面的倾角θ：
本发明倾角测量装置在实际使用过程中，可通过选择具有不同象素大小和象素数目的电荷耦合阵列器件或互补金属氧化物半导体光敏检测阵列，以及改变光敏检测阵列器件到直杆悬垂点的距离d，可方便地改变倾角测量的精度和量程；通过选用一维或二维的电荷耦合阵列器件或互补金属氧化物半导体光敏检测阵列，可以方便的实现一维或二维的倾角测量。
当光束的直径大于电荷耦合阵列器件或互补金属氧化物半导体光敏检测阵列中象素的大小时，可以通过常用的数值拟合方法计算出光束的中心点，以提高倾角测量的分辨率。
本发明利用光敏检测阵列器件测量自由悬垂物体放置于有倾角的工作面时所形成的微小偏移来测得工作面的倾角，和其他测量微小偏移的方法如电容法等相比，本发明装置所采用的光学测量方法不受电磁、温度、环境等因素的影响，测量精确、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为本发明的装置使用状态结构原理示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种高精度的倾角测量装置，包括密封框架4，框架4上经铰链1悬挂一直杆3，形成一个可在一维直线或二维平面运动的悬摆，为控制响应时间，可根据需要在直杆3上添加重物以控制整个钟摆的阻尼系数。
直杆3内设有光源6，直杆3下端面开有一细孔7，细孔7的直径为10-1000微米，直杆3下方设有光敏检测阵列器件2。将倾角测量装置置于水平面时，直杆3位于光敏检测阵列器件2的中心光敏元件的正上方。
直杆3上除细孔7处其余面均封闭，使得直杆3内光源的光线只能通过直杆3下端的细孔7射出，而框架4封闭了外部光源，使得该光束是倾角测量装置内唯一的光源。当倾角测量装置处于完全水平的状态下时，光束通过细孔7垂直下射，同时可通过调节细孔7的直径控制光束的直径在10微米到1000微米之间变化。若有需要，也可以将光源经光导纤维输出，这样就可以通过选择不同直径的光导纤维来控制光束的直径。
框架4可采用一般的光滑平整度好的金属、高分子材料制作。
悬挂直杆3的铰链1可采用一般的铰链或万向铰链。
直杆3下端的细孔7的加工方法取决于孔径大小，当孔径在1000微米左右，可以用一般的机械加工方法加工，更小的孔径可以用激光等特种工艺加工。
光源6可采用一般的发光二极管，激光二级管等，若为了得到更细的光束，也可采用发光二极管耦合光导纤维或激光二级管耦合光导纤维来作光源。
光敏检测阵列器件2及其相应的信号处理输出电路有很多商品化的器件可供选择，根据需要，光敏检测阵列检测器件可以用一维或二维电荷耦合光敏检测阵列(CCD)，或一维或二维互补金属氧化物半导体光敏检测阵列(CMOS)。
使用测量装置测量被测平面与水平面之间的倾角时，预先测得光敏检测阵列器件2到直杆3悬垂点的距离，再将测量装置放置于被测平面上，如图3所示，测得直杆由于被测面的倾角所造成的偏移距离，根据三角公式(1)，很容易得到被测平面和水平面之间的倾角。
实施例1
选用1024象素的一维电荷耦合阵列器件作为光敏检测器件，该器件中每个像素的间距为15微米，测得直杆顶端到电荷耦合阵列器件的垂直距离为8厘米，直杆下端的小孔直径为10微米，将测量装置置于与水平面有待测倾角θ的平面上，测得距离中心光敏元件150微米的光敏元件有信号输出，根据公式(1)求出θ值为arctan(150微米/8厘米)＝1.875×10-3度。
实施例2
选用2048象素的一维电荷耦合阵列器件作为光敏检测器件作为光敏检测器件，该器件中每个像素的间距为10微米，测得直杆顶端到电荷耦合阵列器件的垂直距离为8厘米，直杆下端的小孔直径为50微米，将测量装置置于一与水平面有待测倾角θ的平面上，测得距离中心光敏元件250微米的光敏元件有信号输出，根据公式(1)求出θ值为arctan(250微米/8厘米)＝3.125×10-3度。
实施例3
选用1024象素的一维互补金属氧化物半导体光敏检测阵列作为光敏检测器件，该器件中每个像素的间距为15微米，测得直杆顶端到光敏检测阵列的垂直距离为8厘米，直杆下端的小孔直径为100微米，将测量装置置于一与水平面有待测倾角θ的平面上，测得距离中心光敏元件300微米的光敏元件有信号输出，根据公式(1)求出θ值为arctan(300微米/8厘米)＝3.75度。
实施例4
选用2048象素的一维互补金属氧化物半导体光敏检测阵列作为光敏检测器件，该器件中每个像素的间距为100微米，测得直杆顶端到光敏检测阵列的垂直距离为4厘米，直杆下端的小孔直径为500微米，将测量装置置于一与水平面有待测倾角θ的平面上，测得距离中心光敏元件1000微米的光敏元件有信号输出，根据公式(1)求出θ值为arctan(1000微米/4厘米)＝0.25度。
实施例5
选用1024×1024象素的二维电荷耦合阵列器件作为光敏检测器件，以实现二维倾角的检测。该器件中每个像素的间距为10微米，测得直杆顶端到电荷耦合阵列器件的垂直距离为8厘米，直杆下端的小孔直径为300微米，将测量装置置于一与水平面有待测倾角θ的平面上，测得距离中心在x和y轴方向分别为1000微米的光敏元件有信号输出，根据公式(1)求出x方向的倾角θ值为arctan(1000微米/8厘米)＝0.125度，y方向的θ值为arctan(1000微米/8厘米)＝0.125度。
实施例6
选用1024×1024象素的二维互补金属氧化物半导体光敏检测阵列，以实现二维倾角的检测。该器件中每个像素的间距为10微米，测得直杆顶端到光敏检测阵列的垂直距离为8厘米，直杆下端的小孔直径为800微米，将测量装置置于一与水平面有待测倾角θ的平面上，测得距离中心在x和y轴方向分别为1000微米的光敏元件有信号输出，根据公式(1)求出x方向的倾角θ值为arctan(1000微米/8厘米)＝0.125度，y方向的θ值为arctan(1000微米/8厘米)＝0.125度。
Claims (6)
1.一种高精度的倾角测量装置，包括密封框架(4)，其特征在于：所述的框架(4)顶面悬挂一直杆(3)，直杆(3)内设有光源(6)，直杆(3)的下端面开有一细孔(7)，直杆(3)下方设有光敏阵列检测器件(2)。
2.如权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于：所述的细孔(7)直径为10-1000微米。
3.如权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于：将倾角测量装置置于水平面时，所述的直杆(3)位于光敏阵列检测器件(2)的中心光敏元件的正上方。
4.如权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于：所述的直杆(3)经铰链或万向铰链悬挂于框架(4)上。
5.如权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于：所述的光源(6)采用发光二极管、激光二极管、发光二极管耦合光导纤维或激光二级管耦合光导纤维。
6.如权利要求1所述的倾角测量装置，其特征在于：所述的光敏阵列检测器件(2)采用一维或二维电荷耦合光敏检测阵列、或一维或二维互补金属氧化物半导体光敏检测阵列。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610053040 CN1912544A (zh) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | 一种高精度的倾角测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610053040 CN1912544A (zh) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | 一种高精度的倾角测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1912544A true CN1912544A (zh) | 2007-02-14 |
Family
ID=37721545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200610053040 Pending CN1912544A (zh) | 2006-08-21 | 2006-08-21 | 一种高精度的倾角测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1912544A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105241419A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-01-13 | 广东水利电力职业技术学院 | 变坡水槽床面比降自动测量装置及测量方法 |
| CN105486282A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-04-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种测量导管架平台结构倾斜角度的装置及测量方法 |
| CN106323234A (zh) * | 2015-07-05 | 2017-01-11 | 孙长顺 | 竖向校直机构及传感器的构建法 |
| CN109612433A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-12 | 凯睿隆誉(成都)科技有限公司 | 基于不可见光的铁塔倾斜监测方法及*** |
| CN112964226A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-15 | 中国建筑股份有限公司 | 一种基于hsv色带的倾斜检测装置 |
-
2006
- 2006-08-21 CN CN 200610053040 patent/CN1912544A/zh active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106323234A (zh) * | 2015-07-05 | 2017-01-11 | 孙长顺 | 竖向校直机构及传感器的构建法 |
| CN106323234B (zh) * | 2015-07-05 | 2020-09-11 | 孙长顺 | 基于机械机构的竖向校正传感器的构建法 |
| CN105241419A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-01-13 | 广东水利电力职业技术学院 | 变坡水槽床面比降自动测量装置及测量方法 |
| CN105486282A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-04-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种测量导管架平台结构倾斜角度的装置及测量方法 |
| CN109612433A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-12 | 凯睿隆誉(成都)科技有限公司 | 基于不可见光的铁塔倾斜监测方法及*** |
| CN112964226A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-15 | 中国建筑股份有限公司 | 一种基于hsv色带的倾斜检测装置 |
| CN112964226B (zh) * | 2021-01-28 | 2022-09-09 | 中国建筑股份有限公司 | 一种基于hsv色带的倾斜检测装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102183221B (zh) | 显微***光轴垂直度的测量方法 | |
| CN108519103B (zh) | 利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置及方法 | |
| CN1904544A (zh) | 追踪式激光干涉仪 | |
| CN1912544A (zh) | 一种高精度的倾角测量装置 | |
| CN103852035B (zh) | 空心螺纹细杆直线度或同轴度的测量机构及采用该机构实现直线度或同轴度的测量方法 | |
| CN1920478A (zh) | 一种提高直线度测量灵敏度的方法与装置 | |
| CN107664509B (zh) | 一种星载扫描机构大范围动态测角精度检测装置及方法 | |
| CN1093255C (zh) | 倾斜传感器以及采用它的测量仪 | |
| CN109520446A (zh) | 一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法 | |
| CN201974214U (zh) | 基于线阵ccd与透明管的液位测量装置 | |
| CN107247009B (zh) | 一种管夹光电门测定液体粘滞系数实验仪 | |
| CN100342216C (zh) | 一种单光栅位移传感器 | |
| CN1659420A (zh) | 光学倾斜仪 | |
| CN102221390A (zh) | 基于线阵ccd与透明管的液位测量装置及测量方法 | |
| CN102435259A (zh) | 带隔离栅的线阵ccd液位测量装置及测量方法 | |
| CN111964600A (zh) | 基于双向视场分离的高精度双轴光学引伸计及测量方法 | |
| JP2001147148A (ja) | 液位測定装置及び液位測定方法 | |
| CN107843206B (zh) | 一种桥墩曲率位移测试装置和测试方法 | |
| CN1236278C (zh) | 光轴与安装基面平行度的检验方法 | |
| CN2237223Y (zh) | 用于检测水准仪精度的检测仪 | |
| JPH0345322B2 (zh) | ||
| EP0989387A2 (en) | Laser surveying instrument | |
| CN114459388B (zh) | 一种单激光双psd深孔直线度检测装置及方法 | |
| CN1439863A (zh) | 可变精度激光电子二维倾角测量方法及其装置 | |
| CN211697376U (zh) | 一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20070214 |